ユーザー別ナビ |
  • 一般の方
  • 研究関係者の方
  • 環境問題に関心のある方

鉄鋼循環チェーンにおける不純物制御によるリサイクル高付加価値化(平成 30年度)
Increasing added value with Impurities control in steel cycles

予算区分
CD 文科-科研費
研究課題コード
1820CD005
開始/終了年度
2018~2020年
キーワード(日本語)
産業エコロジー,リサイクル
キーワード(英語)
Industrial ecology,Recycle

研究概要

多くの素材リサイクルに共通の課題は不純物の混入である。不純物量だけでなく、様々な発生源と様々な処理により、そのバラツキが大きいことが課題である。しかし、そのバラツキは観測が困難であり定量されてこなかった。そこで本課題では、バラツキを含め不純物の制御によって、高付加価値なリサイクルを実現するためのモデルを構築する。
本課題で構築するモデルは、リサイクル性に優れた鉄鋼材を対象に検討するものの、他の素材のリサイクルにおいても適用可能な部分も多いと考えている。本課題では、産業エコロジーによるアプローチとして鉄スクラップの管理による不純物元素の混入量とバラツキの制御可能性と、冶金学によるアプローチとしてリサイクル材の特性における不純物に対する感度の同定の双方を中心的課題とする。使用済み製品の発生から再生材の凝固プロセスまでを通して、鉄鋼材の機能が劣化しない循環システムの構築ならびに技術の確立を目指す。

研究の性格

  • 主たるもの:基礎科学研究
  • 従たるもの:行政支援調査・研究

全体計画

主に産業エコロジーのアプローチとして、(1)不純物濃度と分散の同定と(2)混入源の同定を、主に冶金学のアプローチとして(3)精錬での除去と凝固での不純物元素の挙動解明を実施し、それらのアプローチを融合することで、鉄鋼循環チェーンを通してリサイクルの高付加価値化のための方策を検討する。NIESは、主に産業エコロジーのアプローチに取り組む。

[H30]
 (1)不純物偏析の調査、非鉄金属成分の調査、共存関係の分析
 (2)IO-MFAモデルの応用、極低濃度元素の調査
 (3)高濃度領域での影響、物理化学的基礎データの解析・整備
[H31]
 (1)処理方法による分布の調査
 (2)混入源の同定
 (3)物理化学的基礎データの解析・整備
[H32]
 (1)分散を低減する処理方法の可能性検討
 (2)混入回避の可能性検討
 (3)スクラップブレンディングおよび無害化・有効利用の可能性検討

今年度の研究概要

(1)不純物濃度と分散の同定にむけて、ハンドヘルド蛍光X線分析器を用いて不純物濃度をフィールド調査し、採取できる試料に関してはスパーク発光分光分析を用いて非鉄金属成分(C, N, P, Sなど)の濃度を調査し、調査結果として得られた各不純物元素濃度を統計処理等により不純物元素間の共存関係を分析する。
(2)混入源の同定にむけては、WIO-MFA(Waste Input-Output Material Flow Analysis Model)による混入元素源の推定を実施する。既にデータの整備が進んでいる2000年表および2005年表をもとに、物質フローおよび混入経路の同定を進めると共に、最新の産業連関表(2011年表)に対応したデータの整備とデータ収集に取り組む。特に鉄鋼材に随伴するNi, Cr等 の合金元素に着目し、自動車解体スクラップに随伴する合金フロー解析を実施する。また産業連関モデルに基づく動的マテリアルフロー解析(MaTrace)モデルに基づくスクラップソーティングの資源の流れにもたらす動的な影響について解析を行う。混入源を同定するため、鉄鋼材に含まれる元素についてGD-MSによる解析を行う。得られた極微量元素の存在量分析の結果を基にして、LA-ICP-MSによる分析も行い、鉄鋼材中に存在する元素分布の可視化を試みる。なお、極低濃度元素の結果は、(1)の他の不純物元素の調査結果と複合し、共存関係の分析に供する。さらに、先述の共存関係の分析結果はWIO-MFAの結果と比較することで、混入源がより具体的に特定されると考えている。
(3)精錬での除去と凝固での不純物元素の挙動解明にむけては、鉄鋼中循環性元素の種々の精錬による除去について、除去レベルに応じた最適な手法を明らかにする。溶鉄中循環性元素と種々の不純物元素間の熱力学的相互作用を実験により明らかにし、循環性元素の鋼品質・材質への影響を把握するために必要な熱力学データベースの拡張を行う。

外部との連携

醍醐 市朗(研究代表者、東大)、林 英男(都産技研)、小林 能直(東工大)、小野 英樹(富山大)、松八重 一代(東北大)

課題代表者

中島 謙一

  • 資源循環・廃棄物研究センター
    国際資源循環研究室
  • 主任研究員
  • 博士(工学)
  • 工学,材料工学
portrait